Основные теоретические сведения

Севастопольский национальный университет

Ядерной энергии и промышленности

 

 

Методические указания

По выполнению расчетно-графической работы

ПО ДИСЦИПЛИНЕ: «МОИИиДС»

ТЕМА: «Разработка имитационной модели канала в среде LabVIEW»

 

 

Севастополь

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение 1 Цели и задачи расчетно-графической работы 2 Основные теоретические сведения 3 Структура и содержание расчетно-графической работы 4 Общие требования к пояснительной записке

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Расчетно-графическая работа является важным элементом учебного процесса. Эта форма работы предназначена для закрепления теоретического материла, приобретения навыков работы с дополнительными справочными материалами и программным обеспечением.

К расчетно-графической работе студент приступает после прослушивания курса лекций и выполнения ряда практических занятий, которые направлены на ознакомление с основами теории измерительных систем и каналов.

Цель методических указаний – оказание помощи студентам в выполнении расчетно-графической работы. В методических указаниях сформулированы цели и задачи РГР, его структура, требования к оформлению пояснительной записки и приведены основные теоретические сведения и порядок выполнения РГР.

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЫ

 

Тема данной расчетно-графической работы: «Разработка имитационной модели канала в среде LabVIEW».

 

Основные цели расчетно-графической работы:

- закрепление и углубление теоретических знаний по разделам рабочей учебной программы курса;

- привитие практических навыков разработки имитационной модели измерительного канала и обоснования принятых решений.

 

При выполнении расчетно-графической работы решаются следующие задачи:

- развитие навыков самостоятельного решения задач по метрологии и совершенствование инженерной подготовки;

- систематизация, закрепление и углубление теоретических и практических знаний по построению имитационных моделей в среде LabVIEW;

- развитие практических навыков по работе с прикладным программным обеспечением;

 

В процессе выполнения расчетно-графической работы важно научиться выполнять имитационные модели в среде LabVIEW, кратко и понятно обосновывать принятые решения, приобрести навыки оформления пояснительной записки в соответствии с требованиями стандартов ЕСКД.

 

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Измерительный канал (ИК) – это измерительная цепь, образованная последовательным соединением средств измерений и других технических устройств, предназначенная для измерения одной физической величины и имеющая нормированные метрологические характеристики (МХ).

Источником информации об измеряемой физической величине является первичный измерительный преобразователь (ПИП). Эта информация в виде электрического сигнала поступает в электрический тракт, в конце которого производится использование информации, или дальнейшее преобразование (обработка).

Для согласования выходного сигнала с ПИП с элементами электрического тракта выходной сигнал должен быть преобразован (без потери информации) в форму, удобную для дальнейшей передачи и преобразования. Следовательно, сигнал с выхода ПИП должен быть унифицирован, т.е. отвечать определенным требованиям по уровню, мощности, виду носителя информации и т.д. и отвечать действующим стандартам. Для получения унифицированного сигнала к выходу ПИП подключают нормирующий преобразователь.

На вход нормирующего преобразователя могут подаваться естественные сигналы первичных преобразователей физических величин (ЭДС, сопротивление, частота и т.д.), а на выходе нормирующего преобразователя формируются унифицированные сигналы.

Одной из задач является «размножение» сигнала, т.к. одна и та же измерительная информация может быть использована и различными целями. Для этого в ИК АСУТП служит блок распределения, например, токового сигнала, БРТ.

Для дальнейшей обработки сигнал должен быть оцифрован. Для этого используются АЦП – аналого-цифровые преобразователи.

После оцифровки сигнал может передаваться на ПК – персональный компьютер – после чего, с помощью специального программного обеспечения(ПО) обрабатывается в зависимости от необходимости.

Далее приведены примеры типичных ИК которые применяются в различных АСУТП АЭС.

 

1. Измерительный канал расхода газа, пара, воды:

2. Измерительный канал давления:

3. Измерительный канал уровня:

4. Измерительный канал температуры:

5. Измерительный канал частоты вращения (ИКЧВ) турбины:

 

СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЫ

 

При выполнении РГР необходимо:

1. Составьте структурную схему ИК согласно темы дипломной работы.

2. Создать имитационную модель спроектированного ИК в среде LabVIEW.

3. Опишите назначение и устройство каждого структурного элемента ИК и приведите их метрологические характеристики.

 

Пояснительная записка РГР должна содержать:

· титульный лист;

· содержание;

· введение;

· разработка структурной схемы ИК;

· создание имитационной модели в среде LabVIEW;

· назначение и устройство элементов ИК, их метрологические характеристики;

· рисунки, отражающие результаты построения имитационной модели (скриншоты);

· заключение;

· библиография;

· приложения в виде диска, на котором записана программа.

 

В качестве модели элемента системы можно использовать характеристику преоб­разования (в литературе также встречаются названия статическая характеристи­ка, характеристика вход-выход, передаточная характеристика). Она описывает связь между выходным и входным сигналами:

y=f(x).

Для широкого круга измерительных устройств характеристика преобразова­ния в статическом режиме работы имеет линейный (пропорциональный) вид:

y = kx,

где у - выходной сигнал, х - входной сигнал, k - коэффициент преобразования. Однако следует помнить, что в общем случае статическая характеристика являет­ся нелинейной функцией.

Датчик преобразует физическую величину х, характеризующую состояние объекта измерения, в электрический сигнал U. В рамках этого раздела будем счи­тать, что датчик имеет линейную функцию преобразования. Следовательно, мо­дель датчика можно описывать выражением:

U=k_дx

здесь к_д - коэффициент передачи (или чувствительность) датчика.

УИП осуществляет функцию масштабирования сигнала датчика. Масштаби­рование фактически сводится к усилению входного сигнала U„. Таким образом, модель УИП описывается следующим соотношением:

где k_v - коэффициент передачи УИП.

Ключ осуществляет коммутацию сигнала на вход УВХ. Имеет два состояния в зависимости от уровня логического сигнала U_ym. на управляющем входе: ключ замкнут при Uynр - 1; ключ разомкнут при U_упP - 0. Тогда математическая модель ключа имеет вид:

 

где Uвх, Uвых - входной и выходной сигналы ключевого элемента соответственно.

УВХ(устройство выборки-хранения)осуществляет выборку сигнала в момент времени и фиксации его уров­ня на время аналого-цифрового преобразования. Следовательно, можно записать:

где Uвх(ti) - входной сигнал УВХ в момент выборки U_вых - выходной сигнал УВХ.

Аналогово-цифровой преобразователь преобразует аналоговый сигнал в цифровой код Z_i,:

 

где ∆U - шаг квантования; int [ ] - обозначает операцию выделения целой части числа, заключенного в скобках.

На практике измерительное устройство осуществляет функцию преобразова­ния у =f(х) неизбежно с некоторой случайной погрешностью ε. Влияние погреш­ности е на функцию преобразования можно представить как некоторую «помеху» или случайный шум ε(t) который «накладывается» на выходной сигнал у. В математической теории систем принято ε(t) называть шумом измерения. Тогда реаль­ный выходной сигнал измерительного устройства может быть описан в виде:

y'=f(x) + e(t),

где ε(t) - шум измерения, обусловленный погрешностью е устройства.

Шум измерения в общем случае зависит от большого числа случайных факто­ров (электромагнитные помехи, собственные электрические шумы усилителей, колебания температуры, нестабильность источников питания и т. д.). Как извест­но, при наложении большого количества независимых случайных факторов сум­марный процесс имеет тенденцию нормализовываться, то есть асимптотически вырождаться в случайный процесс с гауссовым законом распределения. Поэтому далее будем полагать, что шум измерения ε(t) описывается нормальным (гауссо­вым) белым шумом с нулевым средним и среднеквадратическим значением ψ

Таким образом, погрешность преобразования можно представить как «дей­ствие» некоторого генератора шума (ГШ), выходной случайный сигнал e(t) кото­рого аддитивно смешивается с выходным сигналом у измерительного устройства. Функциональная схема такой модели представлена на рис.

 

Рисунок – Статистическая модель устройства осуществляющего преобразование у =f(х)с погрешностью e

Таким образом, выражение является статистической моделью устрой­ства, осуществляющего функцию преобразования у =f(х). При этом первое слагае­мое описывает «идеальную» функцию устройства, а второе - неидеальность или погрешность выполнения этой функции.

Последовательно соединив модели отдельных блоков, получим статистичес­кую модель измерительного канала ИИС.

Рисунок – Статистическое моделирование измерительного канала ИИС

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: